The research presented in this thesis investigates the design challenges associated with the development and use of mobile applications and tools for supporting collaboration in educational activities. These technologies provide new opportunities to promote and enhance collaboration by engaging learners in a variety of activities across different places and contexts. A basic challenge is to identify how to design and deploy mobile tools and services that could be used to support collaboration in different kinds of settings. There is a need to investigate how to design collaborative learning processes and to support flexible educational activities that take advantage of mobility. The main research question that I focus on is the identification of factors that influence the design of mobile collaborative learning. The theoretical foundations that guide my work rely on the concepts behind computer supported collaborative learning and design-based research. These ideas are presented at the beginning of this thesis and provide the basis for developing an initial framework for understanding mobile collaboration. The empirical results from three different projects conducted as part of my efforts at the Center for Learning and Knowledge Technologies at Växjö University are presented and analyzed. These results are based on a collection of papers that have been published in two refereed international conference proceedings, a journal paper, and a book chapter. The educational activities and technological support have been developed in accordance with a grounded theoretical framework. The thesis ends by discussing those factors, which have been identified as having a significant influence when it comes to the design and support of mobile collaborative learning. The findings presented in this thesis indicate that mobility changes the contexts of learning and modes of collaboration, requiring different design approaches than those used in traditional system development to support teaching and learning. The major conclusion of these efforts is that the learners’ creations, actions, sharing of experiences and reflections are key factors to consider when designing mobile collaborative activities in learning. The results additionally point to the benefit of directly involving the learners in the design process by connecting them to the iterative cycles of interaction design and research.

This thesis proposes a DIY environmental sensing approach that empowers citizens to reinvigorate people's awareness of, and concern for, pollution. Current air pollution measuring techniques are described, and a new concept of participatory sensing is presented. I argue that technological advances in sensing, computation, storage, and communication now have the power to turn the near-ubiquitous mobile phone into a global mobile sensing device, and commence the participatory paradigm employing amateurs in environmental data collection. To test the thesis, PAIR, a prototype with interchangeable sensor, was developed. It aims to enable people to sense environment on-the-go and provide users with immediate feedback. Such data can make people learn about their environment, make them aware of air pollution causes, and eventually even bring behavioral changes. Consequently, a user survey and interviews identify strengths and weaknesses of the mobile sensing device, and based on the usability requirements, we conclude design recommendations for further development. Finally, we identify the main benefits amateur data collection and participatory sensing represent for urban dwellers, and we evaluate issues and challenges they have yet to overcome.

Les avancées technologiques permettent d'intégrer des capteurs et des modules de communication dans les objets du quotidien pour les rendre intelligents et faciliter leur intégration sur l'Internet. L'Internet du futur sera sans nul doute celui des objets connectés. Les objets connectés génèrent, collectent, stockent et partagent des informations entre eux et aussi avec les serveurs d'authentification centralisés. La plupart des informations collectées doivent être protégées pendant le stockage et le transfert. Par le passé, divers protocoles assurant une sécurité robuste basés sur la cryptographie asymétrique et d’autres sur la cryptographie symétrique ont été proposés dans la littérature. Du fait que les objets connectés possèdent de faibles capacités de calcul, de mémoire et d'énergie, et que l'accès au medium radio est très consommateur en ressources, les protocoles cryptographiques traditionnels ne sont pas adaptés aux objets connectés. Il y a lieu donc d'adapter ou de concevoir des protocoles propres et conformes à leurs exigences. Dans cette thèse, nous abordons les défis de sécurité et de vie privée pertinents aux systèmes pervasifs avec des contraintes de ressources strictes. Nous regardons les protocoles d'authentification serverless, qui sont des mécanismes d'authentification qui ne nécessitent pas la présence du serveur central au cours de la phase d'authentification entre deux objets connectés. Tout d'abord, nous fournissons les caractéristiques et les besoins pour les protocoles serverless. Grâce à ces besoins et caractéristiques, nous avons fait des recherches, des analyses complètes et des comparaisons des protocoles serverless existants en termes de sécurité, de vie privée et de performances. Nous examinons leurs capacités à résister à diverses attaques et leurs aptitudes à minimiser l’usage des ressources. Après quoi, notre objectif est de proposer des protocoles de sécurité serverless permettant aux objets de s’authentifier tout en garantissant efficacité, passage à l’échelle et efficacité énergétique, l'énergie étant une ressource très critique qui a une influence directe sur la durée de vie d’un objet connecté. Trois nouvelles contributions sont proposées dans cette thèse. Notre première contribution est un protocole léger serverless d'authentification mutuelle pour les objets connectés hétérogènes. La première contribution fournit trois avantages par rapport aux protocoles existants. Cette contribution répond aux exigences des systèmes pervasifs. La validation de notre proposition a été faite en utilisant l'outil AVISPA et la validation informelle en utilisant sécurité et de vie privée des jeux. Notre deuxième contribution comprend deux protocoles complémentaires dans le domaine des technologies RFID. Le premier protocole vise à l'authentification de masse entre un lecteur RFID et un groupe d'étiquettes tandis que le deuxième protocole effectue une recherche sécurisée pour une étiquette cible parmi un groupe d'étiquettes dans le voisinage du lecteur. Les deux protocoles proposés tiennent compte des contraintes de ressources des étiquettes RFID. Après une étude approfondie des protocoles serverless, nous avons proposé une troisième contribution, un guide pour la conception des protocoles serverless sécurisé et efficaces pour les systèmes pervasifs. Le guide contient six principes et six meilleures pratiques en vue d'élaborer des protocoles serverless. Le guide est destiné à aider à la conception de protocoles serverless efficaces, sécurisés et simples en évitant des erreurs couramment faites dans les protocoles existants / This thesis addresses the security and privacy challenges relevant to the resource constrained devices in the era of pervasive computing. Pervasive computing, a term coined by Schechter to describe the idea of computing services available anytime, anywhere and on demand, is characterized by seamless interactions between heterogeneous players in the Internet. This phenomenon allows intelligent chips, sensors or microcontrollers to be embedded into everyday objects to enable them generate, communicate and share information. Pervasive computing accelerates technological evolution by integrating small and resource constrained devices to the Internet arena, eventually opening doors to new services requiring seamless interactions and integrations with the existing technologies, infrastructures and services. The nature of the information generated, stored and shared by resource constrained devices may require proper security and privacy guarantees. Towards that end, the classical security solutions are not ideal candidates to solve the security and privacy challenges in pervasive systems for two reasons. First, classical security protocols require a lot of resources from the host devices while most of the pervasive devices have very strict resource constraints. Second, most classical security solutions work in a connected mode, which requires constant communication between devices and centralized servers for authentication and authorization purposes. However, pervasive devices may be working in isolated areas with intermittent network coverage and connectivity. Thus, it is ideal to come up with alternative solutions suitable for heterogeneous pervasive devices to smoothly interact, authenticate and securely share information. One of the suitable alternative solutions is the serverless protocols. The term “serverless protocol” refers to the mechanism of enabling centrally controlled devices to autonomously authenticate one another, or other heterogeneous devices, without an active participation of the centralized authentication or authorization servers. Serverless protocols prioritize on securing proximity communication between heterogeneous devices while optimizing on the little resources available. In this thesis, we tackle the challenges of pervasive systems by proposing lightweight and efficient serverless protocols for authenticating heterogeneous pervasive devices during proximity communication. Our proposed protocols derive their originality from the fact that they do not require the communicating parties to have prior relationships with each other, nor to have any previously shared authentication information with each other. Moreover, our proposed solutions incorporate context information to enforce automatic parameter expiry. This property is not supported by most of the earlier versions of the serverless protocol schemes, hence making them vulnerable to different attacks. Three novel contributions are proposed in this thesis. First, we propose a serverless lightweight mutual authentication protocol for heterogeneous devices. The first contribution includes a formal validation using the AVISPA tool. Second, we propose two complementing protocols using RFID (Radio-Frequency Identification) as a core technology. The first protocol performs mass authentication between an RFID reader and a group of tags and the second protocol performs a secure search for a target tag among a group of tags. The second contribution includes two formal validations; one is done using the AVISPA tool and the other is done using the CryptoVerif tool. After a thorough study of serverless protocols, we propose our third contribution, a concise guide on how to develop secure and efficient serverless protocols relevant to the pervasive systems

Tato práce se věnuje všudypřítomnému vzdělávání (u-learning) a mapování ontologií, je součástí dlouhodobého projektu MAPLE a vypracoval jsem ji během studijního pobytu na francouzské univerzitě v La Rochelle, v rámci mezinárodního výměnného programu Socrates-Erasmus. Hlavní cíle práce lze rozdělit na dvě související části. První část má za úkol seznámit čtenáře s prostředím pro všudypřítomné vzdělávání a s vhodnými dostupnými nástroji. Jedním z těchto nástrojů je i komerční program LMA, který je určený pro tvorbu mobilních prezentací a kurzů, důraz je kladen na jejich přenositelnost mezi jednotlivými mobilními platformami. Cílem je demonstrace jeho funkčnosti a vytvoření zkušební mobilní prezentace. Dalším krokem je seznámení čtenáře s virtuálním výukovým prostředím (VLE) a systémy pro správu a řízení výukových kurzů (CMS). Vybraný, volně dostupný CMS se jménem Moodle jsem nainstaloval, nakonfiguroval a vytvořením fiktivního kurzu otestoval a vyzkoušel jeho vlastnosti a funkčnost. Druhá část práce se zabývá ontologiemi, dostupnými nástroji pro práci s nimi a mapovacími algoritmy. Čtenář je seznámen s patřičnou teorií i s motivacemi pro využití ontologií v projektu MAPLE, větší prostor je věnován volně dostupnému programu Protégé, který slouží hlavně jako editor ontologií, ale díky jeho rozšiřitelné architektuře může být využit k nejrůznějším účelům. Důležitým bodem práce je analýza a realizace doporučeného mapovacího algoritmu, který jsem implementoval jako zásuvný modul pro program Protégé. Cílem projektu MAPLE je návrh a realizace pedagogického systému pro mobilní, aktivní a participativní výukové prostředí, které obohatí tradiční model prezenční výuky. Díky mobilním zařízením, spolupracujícím s pracovní stanicí vyučujícího, budou mít studenti možnost okamžité zpětné vazby na probíranou látku. Dalšími záměry projektu jsou mobilní přístup k datům a výukovým kurzům, online komunikace a spolupráce zúčastněných osob, efektivní vedení a administrace kurzů pro vyučující a také spolupráce a propojení již existujících systémů v jeden funkční celek. Motivací pro využití ontologií v projektu MAPLE je správa výukových modulů a prezentací, jejich efektivní katalogizace, znázornění závislostí a vztahů mezi uloženými daty a jejich rychlé a přesné vyhledání. Mapovací algoritmus umožní spolupráci mezi moduly a ostatními databázemi, které používají rozdílné ontologie pro popis a charakterizaci uložených dat.

Handheld devices have a limited amount of screen real estate. If a handheld device could take advantage of larger screens, it would create a more powerful user interface and environment. As time progresses, Moore's law predicts that the computational power of handheld devices will increase dramatically in the future, promoting the interaction with a larger screen. Users can then use their peripheral vision to recognize spatial relationships between objects and solve problems more easily with this integrated system. In the spillable environment, the handheld device uses a DiamondTouch Table, a large, touch-sensitive horizontal table, to enhance the viewing environment. When the user moves the handheld device on the DiamondTouch, the orientation of the application changes accordingly. A user can let another person see the application by rotating the handheld device in that person's direction. A user could conveniently use this system in a public area. In a business meeting, a user can easily show documents and presentations to other users around the DiamondTouch table. In an academic setting, a tutor could easily explain a concept to a student. A user could effortlessly do all of this while having all of his/her information on the handheld device. A wide range of applications could be used in these types of settings.

No description available.

Recent years have seen an influx of medical technologies capable of remotely monitoring the health and behaviours of individuals to detect, manage and prevent health problems. Known collectively as personal health monitoring (PHM), these systems are intended to supplement medical care with health monitoring outside traditional care environments such as hospitals, ranging in complexity from mobile devices to complex networks of sensors measuring physiological parameters and behaviours. This research project assesses the potential ethical implications of PHM as an emerging medical technology, amenable to anticipatory action intended to prevent or mitigate problematic ethical issues in the future. PHM fundamentally changes how medical care can be delivered: patients can be monitored and consulted at a distance, eliminating opportunities for face-to-face actions and potentially undermining the importance of social, emotional and psychological aspects of medical care. The norms evident in this movement may clash with existing standards of 'good' medical practice from the perspective of patients, clinicians and institutions. By relating utilitarianism, virtue ethics and theories of surveillance to Habermas' concept of colonisation of the lifeworld, a conceptual framework is created which can explain how PHM may be allowed to change medicine as a practice in an ethically problematic way. The framework relates the inhibition of virtuous behaviour among practitioners of medicine, understood as a moral practice, to the movement in medicine towards remote monitoring. To assess the explanatory power of the conceptual framework and expand its borders, a qualitative interview empirical study with potential users of PHM in England is carried out. Recognising that the inherent uncertainty of the future undermines the validity of empirical research, a novel epistemological framework based in Habermas' discourse ethics is created to justify the empirical study. By developing Habermas' concept of translation into a procedure for assessing the credibility of uncertain normative claims about the future, a novel methodology for empirical ethical assessment of emerging technologies is created and tested. Various methods of analysis are employed, including review of academic discourses, empirical and theoretical analyses of the moral potential of PHM. Recommendations are made concerning ethical issues in the deployment and design of PHM systems, analysis and application of PHM data, and the shortcomings of existing research and protection mechanisms in responding to potential ethical implications of the technology.

Le domaine maritime littoral constitue un milieu fragile, placé à l'interface Terre/Mer où s'exercent de nombreuses pressions issues des milieux terrestres, maritimes et atmosphériques. Les approches globales de Gestion Intégrée des Zones Côtières (GIZC) ont pour but de pallier les lacunes des politiques précédentes au niveau des interactions simultanées des différents acteurs du littoral. Cette approche requiert un Modèle Numérique de Terrain (MNT) littoral continu ainsi que des données maritimes et terrestres cohérentes entre elles. En raison d'acquisitions ou de productions différentes pour les MNT terrestres et maritimes, l'ensemble du relief n'est pas traité de manière ni homogène ni continue. De plus les techniques d'intégration des MNT actuelles entraînent des lissages des reliefs, voire la perte des éléments caractéristiques. Des outils et une nouvelle méthodologie d'intégration de MNT ont donc été définis. Les outils utilisent la distance de Fréchet pour calculer une distance maximale d'écartement entre les points homologues de deux lignes. La valeur de cette distance donne une mesure de ressemblance de forme qui sert de base à leur appariement ultérieur. La méthodologie de fusion proposée dans cette thèse se veut générique tout en s'appuyant sur les lignes caractéristiques spécifiques du paysage. Elle effectue un enchaînement de traitements répartis en trois étapes majeures : 1) transformations cartographiques et analyse des zones de recouvrement ; 2) segmentation et extraction de lignes caractéristiques ; 3) appariement et fusion à l'aide de déformations élastiques. Ces outils d'intégration ont été testés sur des données réelles en 2D pour la comparaison du trait de côte, puis validés sur des MNT simulés 3D.

La thèse concerne le rôle joué par le contexte dans l'accès au Web de données depuis les dispositifs mobiles. Le travail analyse ce problème de deux points de vue distincts: adapter au contexte la présentation de données liées, et protéger l'accès aux bases des donnés RDF depuis les dispositifs mobiles. La première contribution est PRISSMA, un moteur de rendu RDF qui étend Fresnel avec la sélection de la meilleure représentation pour le contexte physique ou on se trouve. Cette opération est effectuée par un algorithme de recherche de sous-graphes tolérant aux erreurs basé sur la notion de distance d'édition sur les graphes. L'algorithme considère les différences entre les descriptions de contexte et le contexte détecté par les capteurs, supporte des dimensions de contexte hétérogènes et est exécuté sur le client pour ne pas révéler des informations privées. La deuxième contribution concerne le système de contrôle d'accès Shi3ld. Shi3ld supporte tous les triple stores et il ne nécessite pas de les modifier. Il utilise exclusivement les langages du Web sémantique, et il n'ajoute pas des nouveaux langages de définition de règles d'accès, y compris des analyseurs syntaxiques et des procédures de validation. Shi3ld offre une protection jusqu'au niveau des triplets. La thèse décrit les modèles, algorithmes et prototypes de PRISSMA et de Shi3ld. Des expériences montrent la validité des résultats de PRISSMA ainsi que les performances au niveau de mémoire et de temps de réponse. Le module de contrôle d'accès Shi3ld a été testé avec différents triple stores, avec et sans moteur SPARQL. Les résultats montrent l'impact sur le temps de réponse et démontrent la faisabilité de l'approche.

La complexité croissante des systèmes d'information modernes a motivé l'apparition de nouveaux paradigmes (objets, composants, services, etc), permettant de mieux appréhender et maîtriser la masse critique de leurs fonctionnalités. Ces systèmes sont construits de façon modulaire et adaptable afin de minimiser les temps d'arrêts dus aux évolutions ou à la maintenance de ceux-ci. Afin de garantir des propriétés non fonctionnelles (par ex. maintien du temps de réponse malgré un nombre croissant de requêtes), ces systèmes sont également amenés à être distribués sur différentes ressources de calcul (grilles). Outre l'apport en puissance de calcul, la distribution peut également intervenir pour distribuer une tâche sur des nœuds aux propriétés spécifiques. C'est le cas dans le cas des terminaux mobiles proches des utilisateurs ou encore des objets et capteurs connectés proches physiquement du contexte de mesure. L'adaptation d'un système et de ses ressources nécessite cependant une connaissance de son état courant afin d'adapter son architecture et sa topologie aux nouveaux besoins. Un nouvel état doit ensuite être propagé à l'ensemble des nœuds de calcul. Le maintien de la cohérence et le partage de cet état est rendu particulièrement difficile à cause des connexions sporadiques inhérentes à la distribution, pouvant amener des sous-systèmes à diverger. En réponse à ces défi scientifiques, cette thèse propose une abstraction de conception et de déploiement pour systèmes distribués dynamiquement adaptables, grâce au principe du Model@Runtime. Cette approche propose la construction d'une couche de réflexion distribuée qui permet la manipulation abstraite de systèmes répartis sur des nœuds hétérogènes. En outre, cette contribution introduit dans la modélisation des systèmes adaptables la notion de cohérence variable, permettant ainsi de capturer la divergence des nœuds de calcul dans leur propre conception. Cette couche de réflexion, désormais cohérente "à terme", permet d'envisager la construction de systèmes adaptatifs hétérogènes, regroupant des nœuds mobiles et embarqués dont la connectivité peut être intermittente. Cette contribution a été concrétisée par un projet nommé ''Kevoree'' dont la validation démontre l'applicabilité de l'approche proposée pour des cas d'usages aussi hétérogènes qu'un réseau de capteurs ou une flotte de terminaux mobiles.